4.3.2 表观遗传学与高血压肾病的精准诊疗
高血压肾病的发生发展是由人体内部微观分子的变化引起的，代谢环境的变化影响机体内部基因结构的修饰调控。表观遗传学（epigenetics）是指在不改变核苷酸序列的情况下引起基因表达水平的变化，主要包括DNA 甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA，如图4.4所示。表观遗传学在心血管疾病中发挥重要作用，而心血管疾病与肾脏疾病之间互为因果。近年来研究发现表观遗传学在调控肾脏细胞生物学过程中发挥基础性作用。在肾脏疾病中，表观遗传变化和基因改变一样影响着疾病的进展。因此，本研究总结了表观遗传学在高血压和相关肾脏疾病中的预警分子和防治靶点，希望能够推动高血压肾病的精准诊疗。
（1）DNA 甲基化
DNA 甲基化（DNA methylation）是表观遗传修饰的主要类型，主要发生在CpG 二核苷酸的胞嘧啶碱基上，后者在DNA 甲基转移酶（DNA methyltransferase，DNMT）的催化下以S-腺苷甲硫氨酸作为甲基供体获得甲基基团。大量证据表明，成人组织中DNA 甲基化的变化与主要涉及非分裂细胞的疾病发生有关，如心血管疾病和肾脏疾病。
高盐饮食喂养的Dahl 大鼠是一种典型的高血压模型，在高盐喂养几天内大鼠肾外髓的DNA 甲基化发生了广泛的变化。而给予大鼠抗DNMT3/TET3 GapmeRs处理，可以减轻高血压的水平。该模型共引起了肾外髓1 712个基因差异性表达，这些基因中有76％的差异表达被抗DNMT3/TET3 GapmeRs阻止，而DNMT3是催化DNA 从头甲基化的重要转移酶。以上提示肾脏DNA 从头甲基化可能在高盐诱发的高血压发病过程中发挥重要的作用。另有研究发现妊娠期母体蛋白的抑制增加中风倾向自发性高血压大鼠子代的盐敏感性。亚硫酸氢盐测序分析显示子代表现出明显的前列腺素E受体1（ptger1）高甲基化，且表达也明显增加。而ptger1 基因与高血压相关，提示妊娠期母体蛋白的抑制可调节中风倾向自发性高血压大鼠子代的ptger1DNA 甲基化状态，从而介导ptger1 基因表达，诱导盐敏感性。在免疫学方面，一项研究分析了盐敏性高血压大鼠模型中菌落周围和肾脏分离的T细胞的表观遗传学特征。从盐敏性高血压大鼠肾脏分离出的T 细胞表现出显著的高甲基化。循环T 细胞在菌落之间也表现出相似的甲基化特征。另外，对T 细胞转录组数据进行DNA 甲基化分析时发现基因表达与DNA 甲基化之间呈明显的负相关，证实了DNA 甲基化对免疫细胞功能的影响。
图4.4 DNA 甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA的表观遗传学改变影响基因的表达（参考Mohammed、Mark等）
来自慢性肾功能不全的研究发现DNA 甲基化与肾功能快速下降有关。通路分析显示，与细胞信号、碳水化合物代谢和人类行为相关的基因网络在慢性肾脏疾病中受到DNA 甲基化的调控。表观基因组相关研究进一步确定了与肾功能相关的DNA 甲基化，PTPN6/PHB2、ANKRD11和TNRC18上的CpGs与肾皮质中的活性增强子有关。在PTPN6/ PHB2 cg19942083 位点，肾皮质中的甲基化程度与肾脏PTPN6的表达、eGFR和肾纤维化相关。此外，肾脏发育转录因子Six2可以通过刺激E-钙黏蛋白基因（Cdh1）的启动子甲基化抑制E-钙黏蛋白的表达，参与人类乳腺癌的转移过程。最近通过全基因组甲基化分析显示，启动子和增强子在发育过程中发生动态变化，沉默胚胎、非肾系基因和转座子、Six2 祖细胞中DNMT1 介导的胞嘧啶甲基化对肾脏的发育至关重要。另外，高同型半胱氨酸血症在慢性肾脏疾病和终末期肾病患者中普遍存在，已有研究表明高同型半胱氨酸血症及其中间体可以改变DNA 甲基化模式。有意思的是，Sathnur等发现高同型半胱氨酸血症可以通过影响DNA 甲基化导致肾血管重构和肾小球硬化，而给予DNA 甲基化抑制剂5-氮杂-2-脱氧胞苷处理，减少了异常的DNA 甲基化，并恢复了基质金属蛋白酶-9/基质金属蛋白酶组织抑制剂的平衡。以上研究表明DNA 甲基化参与高血压和慢性肾脏疾病的发生发展。
（2）组蛋白修饰
组蛋白修饰（histone modification）通常发生在从核小体伸出的组蛋白尾部的关键氨基酸上，控制着染色质构象的开放或闭合。组蛋白修饰主要是指组蛋白尾部赖氨酸残基的乙酰化和甲基化，其中组蛋白乙酰化是一种可逆的翻译后修饰，能够中和组蛋白的正电荷，使其对DNA的亲和力降低，从而导致染色质构象松散，强烈地激活转录。组蛋白去乙酰化酶（histone deacetylase，HDAC）介导的组蛋白去乙酰化在多数实验模型中证实能够促进染色质浓缩，从而抑制基因的表达。近年来，越来越多的工作者发现组蛋白乙酰化在高血压和慢性肾脏疾病中扮演着重要角色，相关研究进展如下。(https://www.daowen.com)
高盐饮食是诱发高血压的主要原因，盐的摄入能够引起肾脏交感神经活性的增加，导致钠潴留。丝氨酸-苏氨酸激酶WNKs在肾小管钠离子重吸收中起重要作用。WNK4是一种耐盐激酶，最近在盐敏性高血压和交感神经过度激活的大鼠模型中的研究表明，盐负荷刺激β2 肾上腺素能受体，导致WNK4的基因转录降低。机制上发现β2 肾上腺素能受体的刺激导致HDAC8活性受到环AMP 依赖性抑制，从而增加组蛋白乙酰化，诱发糖皮质激素受体与启动子区域中的负性糖皮质激素反应元件结合，激活Na+-Cl-共转运体，最终导致高血压的发生。以上提示WNK4的表观遗传调控在盐敏性高血压模型中起重要作用。此外，内皮功能障碍是高血压及其并发症发生的重要决定因素，而表观遗传修饰与内皮功能障碍具有明显的相关性。近年来，HDAC 介导的血管稳态和心血管疾病的表观遗传过程引起了广泛关注。SIRT6是高度保守的NAD+依赖性HDAC，在高盐饮食诱导的高血压模型和血管紧张素诱发的高血压模型中内皮细胞SIRT6水平均显著降低。同样地，在内皮细胞中特异性敲除SIRT6可显著提高血压，加重内皮细胞功能障碍和心肾损伤。机制上发现，SIRT6能够通过去乙酰化Lys9处组蛋白H3（H3K9）抑制Nkx3.2 转录，从而诱导新型血压调节因子GATA5的表达，防止内皮细胞损伤。
在肾脏疾病方面，Danhl 盐敏性肾硬化大鼠模型中H3K9 乙酰化水平显著升高，而给予姜黄素能够抑制组蛋白乙酰化水平，白细胞介素-6的基因表达可能是姜黄素影响乙酰化的原因。分泌卷曲相关蛋白5（Sfrp5）作为一种分泌拮抗剂，能够与Wnt 蛋白结合。研究表明，它可被组蛋白乙酰化和启动子甲基化下调，并通过诱导肾癌细胞凋亡而发挥抑癌基因的功能。最近一项临床研究发现，Sfrp5与血尿素氮、肌酐、脂联素呈显著正相关，与估算肾小球滤过率（eGFR）、血红蛋白呈显著负相关，提示患者血浆Sfrp5水平升高与慢性肾脏疾病相关。短链脂肪酸的功能与跨膜G 蛋白偶联受体的激活和组蛋白乙酰化的抑制有关，可以通过抑制HDAC的活性影响多种功能基因的表达，表现出抗肿瘤、抗纤维化和抗炎活性，在慢性肾脏疾病中发挥一定的作用。总之，组蛋白能够通过乙酰化和去乙酰化影响转录因子与DNA结合位点的特异性结合，从而影响基因的转录，调节高血压和相关肾脏疾病的发生发展。
（3）非编码RNA
非编码RNA（non-coding RNA，ncRNA）是由DNA 转录而来但不翻译蛋白质的一种功能性RNA分子。与表观遗传相关的ncRNA 包括miRNA、siRNA、piRNA和lncRNA。microRNA（miRNA）是长度为20～24个核苷酸的高度保守的ncRNA，充当转录后基因调节剂，可通过靶向mRNA的3’非编码区抑制翻译或降解mRNA。miRNA的生物合成始于细胞核，pri-miRNA经过一次加工成为pre-miRNA，再经Dicer 酶酶切成为成熟miRNA。一些miRNA 已被报道与高血压和肾脏疾病相关，如miRNA-192、miRNA-214、miRNA-92等。
Liu等使用小RNA 深度测序检测了高血压患者肾活检样本和盐敏性高血压大鼠模型中的miRNA 表达谱。高血压或高血压肾硬化患者的肾活检标本显示miRNA-214-3p的表达上调，而其是位于与人类血压相关的单核苷酸多态性邻近的miRNA 基因之一。同样地，在Dahl 盐敏性大鼠肾组织中也发现miRNA-214-3p 显著上调，而在肾脏中特异性抑制miRNA-214-3p可降低盐敏性高血压大鼠的血压和蛋白尿的水平。已知miRNA-214-3p能够直接靶向抑制内皮型一氧化氮合酶，后者可在血管内产生一氧化氮，协助调节血管功能，在调控高血压中扮演着重要的角色。以上提示肾脏中的miRNA-214-3p 很可能通过靶向内皮型一氧化氮合酶诱导高血压的发生发展。miRNA-192-5p是肾脏中最丰富的miRNA 之一，以Atp1bl为靶点。蛋白ATP1B1是β1Na+/K+ ATP 酶的亚基，驱动肾血管重吸收。在临床样本中发现，高血压或高血压肾硬化患者肾活检标本中miRNA-192-5p水平显著降低。在Dahl 盐敏性大鼠肾皮质中miRNA-192-5p的丰富度也明显降低，而ATP1B1 蛋白水平升高，提示肾脏中的miRNA-192-5p可能部分通过靶向Atp1bl 预防高血压的发生。此外，调节性T 细胞在高血压和器官损害中发挥重要的作用，miRNA-31是T 细胞生成的关键调控因子，血管紧张素诱导的高血压导致miRNA-31在主动脉、脾CD4+T 细胞和肾白细胞中表达增加。miRNA-31 缺失能够改变血管紧张素诱导的高血压小鼠肾脏中调节性T 细胞和巨噬细胞的积累以及炎症细胞因子的表达，显著降低收缩压和舒张压，减轻肾脏和血管损害。miRNA-31可直接靶向蛋白磷酸酶6c（Ppp6C），后者在调节性T 细胞中特异性敲除能够导致小鼠调节性T 细胞的诱导功能明显受损、血管紧张素诱导的血压升高和器官损害，表明miRNA-31能够通过靶向Ppp6C 调节血管紧张素诱导的高血压中的免疫抑制。
慢性肾脏疾病中积累的尿毒症毒素会引起氧化应激和内皮功能障碍，miRNA-92a 来源于内皮细胞的氧化应激，参与血管生成和动脉粥样硬化。Shang等发现当血清miRNA-92a水平升高时，伴有肾脏功能的降低。体外培养的内皮细胞显示慢性肾脏疾病患者血清或尿毒症毒素可诱导miRNA-92a的表达，并降低关键内皮细胞保护分子的水平。而在血管紧张素诱导的老年性高血压大鼠模型中具有细胞保护和抗炎作用的血红素氧合酶-1 明显下调，而其调节因子Bach-1 表达上调。研究发现老年性高血压大鼠miRNA-122 表达增加，进而导致Bach-1 表达上调和血红素氧合酶-1水平的下降，从而诱发DNA 损伤和组织炎症增加。以上因素共同导致胶原沉积，血管密度降低，肾抵抗指数升高。然而，在慢性肾脏疾病患者中血浆miRNA的表达与血压控制之间的关系很少有研究。慢性肾脏疾病患者通常伴有夜间高血压的发生，Dominika等进行了首个研究评估慢性肾脏疾病患者血浆中miRNA-155-5p的表达与24 h血压之间的关系。与正常健康志愿者相比，慢性肾脏疾病患者血浆miRNA-155-5p 增高，在伴有夜间高血压的患者进一步升高。总之，未来我们需要更进一步地研究确定ncRNA是否可以成为高血压肾病患者的潜在新型生物标志物和治疗靶点，推动高血压肾病的诊断和治疗。